1.單元操作 2.輸送現象 第 1 頁，共 3 頁

1.單元操作 2.輸送現象 第 1 頁，共 3 頁

經濟部所屬事業機構 109 年新進職員甄試試題

類 別 : 化 工 製 程 節 次 : 第 三 節 科 目 : 1 . 單 元 操 作 2 . 輸 送 現 象

注 意 事 項

1.本試題共 3 頁(A3 紙 1 張)。

2.可使用本甄試簡章規定之電子計算器。

3.本試題分 7 大題，每題配分於題目後標明，共 100 分。須用藍、黑色鋼筆或原子筆在答 案卷指定範圍內作答，不提供額外之答案卷，作答時須詳列解答過程，於本試題或其他 紙張作答者不予計分。

4.本試題採雙面印刷，請注意正、背面試題。

5.考試結束前離場者，試題須隨答案卷繳回，俟本節考試結束後，始得至原試場或適當處 所索取。

6.考試時間：120 分鐘。

一、 有一比重為 0.85，黏度為 1.0 poise 之液體，在一內直徑為 100 mm，長 300 m 的水平圓管內 流動。如果流率為 30 m ³ /hr，不考慮摩擦損耗的問題，則其壓力降應為多少 𝑘𝑘𝑔𝑔 _𝑓𝑓 /𝑚𝑚 ² (計算至 整數，以下四捨五入) ( 𝑔𝑔 = 9.8 𝑚𝑚/𝑠𝑠𝑠𝑠𝑐𝑐 ² ； 𝑔𝑔 𝑐𝑐 = 9.8(𝑘𝑘𝑔𝑔 ∙ 𝑚𝑚)/(𝑘𝑘𝑔𝑔 𝑓𝑓 ∙ 𝑠𝑠𝑠𝑠𝑐𝑐 ² )；𝜋𝜋 = 3.1416 )？

（10 分）

二、直徑 5 公分的蒸氣管，以 A、B 各為 1 公分的絕熱材料包覆以減少熱損失，其中 A 絕熱材 料的熱傳導係數為 B 的 10 倍。假設此一複合絕熱層的內、外表面溫度固定不變，試問：

（2 題，每題 5 分，共 10 分）

(一)以 B 材料為內層或外層，何者熱損失較小(已知 𝑙𝑙𝑙𝑙 (3.5/2.5) = 0.3365；𝑙𝑙𝑙𝑙 (4.5/3.5) = 0.2513；

𝑙𝑙𝑙𝑙(4.5/2.5) = 0.5878 )？

(二)承(一)較好的絕熱方式相對於較差的絕熱方式，請計算共減少多少熱損失百分比（計 算至小數點後第 2 位，以下四捨五入）？

三、如【圖 1】所示觸媒表面附近氣體的 擴散現象。成分Ａ經由薄膜(stagnant film)擴散進入觸媒表面，在觸媒表面 立即發生反應轉變成產物 R，接著 R 擴散經薄膜而離開表面。在觸媒表面 的反應式依 A→3R 進行，試推導成分 A 在薄膜內的濃度分布。假設系統的 溫度與壓力維持不變。(δ：薄膜層 厚 度 ；X A0 ：A 在 δ 層 之 莫 耳 分 率)

（15 分）

【請翻頁繼續作答】

【圖 1】

1.單元操作 2.輸送現象 第 2 頁，共 3 頁 四、如【圖 2】所示，常溫下水自一開口槽藉由泵浦以每分鐘 15 加侖(gpm)之流速泵入一壓力

為 10 psig 之密閉槽中，密閉槽之水位比開口槽穩定高 100 呎(ft)，相對於兩水槽，輸送管 線之截面積很小。泵浦之入口、出口壓力錶分別顯示 5 psig 及 80 psig。已知馬達輸入泵的 功 率(制 動 馬 力)為 1 hp， 試 計 算 ：(水密度 = 62.4 𝑙𝑙𝑙𝑙𝑚𝑚/𝑓𝑓𝑡𝑡 ³ ， 1 ℎ𝑝𝑝 = 550(1𝑙𝑙 _𝑓𝑓 )(𝑓𝑓𝑡𝑡)/𝑠𝑠 ， 1 𝑔𝑔𝑔𝑔𝑙𝑙 = 7.48 𝑓𝑓𝑡𝑡 ³ )（共 2 題，共 15 分）

(一)當泵入口、出口管線短，其高程差 異、速度能差異及管線摩擦損失可以 忽略下，求泵之效率(以百分比率表 示，計算至小數點後第 1 位，以下四 捨五入)？（7 分）

(二)請計 算本系 統每輸 送 1 𝑙𝑙𝑙𝑙𝑚𝑚 (磅)水之 摩擦損失多少(單位以 𝑓𝑓𝑡𝑡．𝑙𝑙𝑙𝑙𝑓𝑓/𝑙𝑙𝑙𝑙𝑚𝑚表 示，計算至小數點後第 1 位，以下四 捨五入)？（8 分）

五、有一平面火爐內襯由兩層磚塊所構成：內層為 0.7 ft 厚之耐火磚( 𝑘𝑘 = 0.6 _{ℎ𝑟𝑟∙𝑓𝑓𝑓𝑓∙℉} ^Btu )，外層為

0.1 ft 厚之絕熱磚( 𝑘𝑘 = 0.04 _{ℎ𝑟𝑟∙𝑓𝑓𝑓𝑓∙℉} ^Btu )。假設內外壁表面係恆溫且為均勻分布。請問：（共2題，

共 12 分）

(一)若內壁溫度為 1800 ℉，外壁溫度為 100 ℉。試求該火爐單位面積之熱損失(heat loss)速 率(以 ^Btu

ℎ𝑟𝑟∙𝑓𝑓𝑓𝑓

表示，計算至整數，以下四捨五入)。（4 分）

(二)承(一)：

(1)若可允許之熱損失(heat loss)速率為 300 _hr∙ft ^Btu

，則外層絕熱磚之厚度至少應改為多少(ft) (計算至小數點後第 2 位，以下四捨五入)？（4 分）

(2)承(1)此時兩磚介面的溫度是多少(℉) (計算至整數，以下四捨五入)？（4 分）

【圖 2】

1.單元操作 2.輸送現象 第 3 頁，共 3 頁 六、如【圖 3】所示，某方法工程師欲設計一銳孔流量計(Orifice flow meter)用於測量水在 15.6 ℃

(密度 999 kg/m ³ ，黏度 1.147 cp)，在一內直徑為 100 mm 圓管中之體積流量，預期最大流量 為 50 𝑚𝑚 ³ /ℎ𝑟𝑟。同【圖 3】，假設使用比重為 13.6 的水銀測量 U 型壓力計之差壓，其上方則 填充水，壓力計水銀柱高讀值為 Rm，整個系統溫度維持 15.6 ℃。

(重力加速度 𝑔𝑔 = 9.8𝑚𝑚/𝑠𝑠𝑠𝑠𝑐𝑐 ² )。請問：（2 題，每題 10 分，共 20 分）

(一)如要設計最大流量 50 𝑚𝑚 ³ /hr 時，U 型壓力計水銀柱高讀值 Rm 是 1250 mm，此銳口流量 計孔口直徑(bore size)應為多少(以 mm 表示，計算至小數點後第 1 位，以下四捨五入)？

(提示：如在孔口處之流動雷諾數(Reynolds number)大於 50,000，銳孔流量計之孔口係 數 𝐶𝐶 0 以常數 0.61 計算)

(二)承(一)依上述孔口尺寸(bore size)製作、安裝，實際運作後，U 型壓力計水銀柱高讀值 是 50 mm(Rm)，請計算 15.6℃水流經圓管中之實際流量應為多少 𝑚𝑚 ³ /ℎ𝑟𝑟 (計算至整數，

以下四捨五入)？

(提示：流動雷諾數(Reynolds number)大於 50,000，銳孔流量計之孔口係數 𝐶𝐶 0 以常數 0.61 計算 )

七、請簡答下列各題：（共 4 題，共 18 分）

(一)化工廠常用之鋼管(steel pipe)，依美國標準協會(American Standard Association)採用管 號(schedule number)表示其厚度。管號之定義為何？（3 分）

(二)祛水器(steam trap)的功用為何？（2 分）

(三)冷卻器(cooler)和冷凝器(condenser)功能有何不同 ？（4 分）

(四)計 算 流 力 和 熱 傳 ， 常 需 計 算 水 力 半 徑(Hydroaulic radius)和 相 當 直 徑(Equivalent diameter)：

(1)何謂水力半徑， 𝑟𝑟 ℎ ？（3 分）

(2)何謂相當直徑， 𝐷𝐷 𝑒𝑒 ？（3 分）

(3)有一雙套管，其內管外徑為 D 1 ，外套管之內徑為 D 2 ，試計算流體流經環隙間 (annular space)時之水力半徑 𝑟𝑟 _ℎ 和相當直徑 𝐷𝐷 _𝑒𝑒 為何？（3 分）

【圖 3】

a b

Rm